Системы вентиляции и кондиционирования

Общие сведения о системах вентиляции

      Вентиляция — это воздухообмен, необходимый для разбавления и удаления избытков тепла, влаги и вредных веществ в помещении с целью обеспечения допустимых параметров микроклимата и чистоты воздушной среды в обслуживаемом помещении или рабочей зоне, удовлетворяющих санитарно-гигиеническим, технологическим и экономическим требованиям.

      Система вентиляции — это совокупность устройств, предназначенных для обработки, транспортирования, подачи и удаления воздуха с целью обеспечения допустимых метеорологических параметров микроклимата и чистоты воздушной среды в обслуживающем помещении или рабочем зоне.

      Вентиляционные системы по назначению делятся на приточные, осуществляющие подачу свежего воздуха в помещения, вытяжные, удаляющие воздух из помещений загрязненный воздух, и воздушные завесы, предотвращающие проникание холодного воздуха через открытые проемы производственных зданий или двери общественных зданий в холодный период года.

      Как приточные, так и вытяжные вентиляционные системы могут быть общеобменные и местные. Общеобменные системы вентиляции предназначены для подачи и удаления воздуха равномерно по обслуживаемому помещению, для создания воздушной среды с одинаковыми параметрами во всем вентилируемом помещении или рабочей зоне. Местные вытяжные системы удаляют воздух в местах образования загрязняющих веществ, не позволяя им распространяться по всему объему помещения. Местные приточные системы подают свежий приточный воздух вблизи рабочих мест, создают воздушный душ или оазис — ограниченное место в производственном помещении, где параметры воздушной среды соответствуют санитарно-гигиеническим требованиям.

      По способу перемещения воздуха все вентиляционные системы бывают либо естественные, либо механические. В системах естественной вентиляции движение воздуха происходит вследствие разницы плотностей внутреннего (нагретого и более легкого) и наружного (холодного и более тяжелого) воздуха. Примером естественной вентиляции может служить вентиляция кухонь и санузлов в жилых домах. В системах механической вентиляции воздух перемещается вентилятором, приводимым в действие электродвигателем. Механические системы вентиляции применяются значительно чаще, чем естественные, так как радиус действия механических систем намного больше, а сечения воздуховодов меньше, чем в естественных системах вентиляция той же производительности, за счет высокой скорости движения воздуха. Так, в воздуховодах естественных систем вентиляции скорость движения воздуха 0,5 — 2 м/с, а в воздуховодах механических систем 3 — 20 м/с.

      При работе вентиляции любого вида в помещении происходит смена воздуха. Отношение количества поданного в помещение в течение 1 часа свежего воздуха или удаленного загрязненного воздуха к внутреннему объему помещения называется кратностью воздухообмена. В реальных условиях кратность воздухообмена может изменяться от 0,5 до 20 и более крат.

      Помимо организованного воздухообмена, осуществляемого вентиляционными системами, воздух может проникать в помещения через неплотности окон, стен, дверей, ворот и т. д. вследствие гравитационного (естественного) давления и за счет ветрового напора. Таким же образом воздух может и удаляться из помещения. Поступление наружного воздуха через ограждающие конструкции внутрь помещения называется инфильтрацией, удаление — эксфильтрацией. Такой нерегулируемый воздухообмен называется неорганизованным. Если в помещении нет вредных выделений, то приточные системы вентиляции выполняют таким образом, что часть воздуха они забирают снаружи, а часть из помещения. Такое вторичное использование воздуха из помещения для приточных систем вентиляции называется рециркуляцией, оно позволяет уменьшить расход тепла на нагрев воздуха в холодный период года.

Устройство вентиляционных систем:

Естественная вентиляция

      Системы естественной вентиляции отличаются бесшумностью работы, отсутствием каких-либо механизмов простотой обслуживания. Действие естественной вентиляции обусловлено гравитационным давлением, возникающим вследствие разности плотностей наружного и внутреннего воздуха. Плотность воздуха в большой степени зависит от температуры. Так, при температуре 0 °С и обычном барометрическом давлении плотность воздуха 1,29 кг/м3, при температуре 16° С — 1,22 кг/м3, а при 100 °С — всего 0,95 кг/м3.В помещениях воздух, как правило, имеет более высокую температуру, чём наружный воздух, и следовательно, меньшую плотность. При наличии открытых проемов в наружных ограждениях или вытяжных вентиляционных труб и шахт внутренний, менее плотный воздух, будет вытесняться наружным. Минимальная разница высоты между уровнем забора воздуха из помещения и его выбросом через дефлектор, должна быть не менее 3 м, а длина горизонтальных участков должна быть не менее 3 метров. При этом скорость в воздуховодах не должна превышать 1м/с.

      Естественная вентиляция может быть бесканальной, если воздух проходит только через открытые проемы наружных ограждениях, или канальной, когда воздух перемещается по каналам, воздуховодам и шахтам. Канальная естественная вентиляция применяется в довольно ограниченно, так как ее действие непостоянно и зависит от времени года, а сечения каналов и воздуховодов получаются довольно большие.

Система естественной бесканальной приточной вентиляции и естественной канальной вытяжной вентиляции: 1- воздухоприемные устройства (решетки), 2-фрамуги в окнах, 3-вентиляционная шахта с последующим присоединением к дефлектору.

      Работа естественной вентиляции в значительной степени зависит от действия ветра, Ветер, набегая на здание, создает на наветренной стороне — зону избыточного давления, а на заветренной — зону отрицательного давления. Это явление используется для усиления воздухообмена. Если в ограждениях здания есть проёмы, то атмосферный воздух поступает в помещение с наветренной стороны, а выходит с заветренной стороны.

      Управляемый естественный воздухообмен в цехах промышленных зданий называется аэрацией. Такие здания оборудованы фонарями со створками (фрамугами), открываемыми вручную или специальными механизмами. Такими же открывающимися створками снабжены оконные проемы в наружных стенах. Открывая их частично или полностью, можно создать требуемый воздухообмен. Аэрация рассчитывается только на действие гравитационного давления, так как ветровое давление эпизодический характер. Аэрацию предусматривают в промышленных зданиях со значительными выделениями тепла (мартеновские, литейные, прокатные, термические, кузнечные цехи, корпуса электролиза цветных металлов в др.). Преимуществом аэрации является то, что воздухообмен создается без помощи вентиляторов, без расхода электроэнергии. Однако аэрация обеспечивает только общеобменную вентиляцию и не предусматривает очистку приточного и вытяжного воздуха.

      Системы естественной вентиляции очень просты и не требуют дорогого и сложного оборудования. Кроме того, для их работы не нужно применять электричество, но зависимость этих систем от таких переменных факторов как скорость и направление ветра, всё ещё очень велика, а небольшое давление, которым располагает этот тип вентиляции, не позволяет решать с их помощью все многообразные и сложные вентиляционные задачи.

Механическая вентиляция

      Системы механической вентиляции получили наибольшее распространение, так как не подвержены влиянию внешних метеорологических условий, легко поддаються регулированию и могут обеспечить местную вентиляцию. Сечения воздуховодов в системах механической вентиляции в несколько раз меньше, чем в системах естественной вентиляции той же производительности. Механическая вентиляция позволяет быстро и эффективно перемещать массивные потоки воздуха на значительные расстояния, регулировать расход воздуха, подаваемого в помещение (устройство заслонок, воздушных клапанов, регулируемых воздухораспределителей), подвергать воздух различному виду обработки: очистка воздуха от пылевых частиц, вредных газов, паров, микроорганизмов (фильтры, циклоны, различные пыле и газоулавливающие агрегаты, устройство секции бактерицидных ламп), нагрев (водяные, электрические и паровые воздухонагреватели (калориферы)), охлаждение (фреоновые или водяные охладители) увлажнение (канальные увлажнители), осушение (канальные осушители). С помощью систем автоматики, предусмотренной для оборудования механической вентиляции, появляется возможность регулировать и контролировать параметры воздушной среды в помещении, а также обеспечивать безопасную и бесперебойную работу вентиляции.

Система механической канальной приточной вентиляции и механической канальной вытяжной вентиляции: 1-воздухораспределители, 2-воздухоприемные устройства (решетки), 3-заслонки, 4-вентилятор (приточный, вытяжной),5-фильтр, 6-воздухонагреватель, 7-воздушный клапан, 8-наружная решетка, 9-зонт вытяжной, 10-приточный воздуховод, 11-вытяжной воздуховод.

      Затраты электроэнергии на работу механической вентиляции могут быть довольно таки значительными. Но существуют и мероприятия, предусматривающие уменьшение затрат на электроэнергию, например системы автоматики (регулирующие загрузку работы системы, в зависимости от потребностей в количестве и качестве воздуха), теплоутилизирующие установки (пластинчатые и барабанные рекуператоры, осуществляющие подогрев приточного воздуха за счет тепла вытяжного), камеры смешения внутреннего и наружного воздуха с последующей обработкой смеси.

Приточная вентиляция с механическим побуждением

      Приточные системы механической вентиляции подают очищенный, с заданной температурой и в некоторых случаях влажностью, воздух для обеспечения требуемых санитарно-гигиенических условий пребывания людей и работы технологического оборудования.

      Приточные системы вентиляции состоят из следующих основных элементов: воздухозаборного устройства, приточной камеры, сети воздуховодов и воздухораспределителей. Воздухозаборное устройств должно быть расположено в наименее запыленной зоне, но по возможности ближе к приточной камере. На входе в воздухозаборную шахту или канал устанавливают жалюзийную решетку для защиты от атмосферных осадков и от попадания посторонних предметов. Между воздухозаборным устройством и фильтром приточной камеры устанавливают утепленную, заслонку (клапан) с электрическим приводом. При неработающем вентиляторе клапан должен быть закрыт для защиты оборудования приточной камеры от попадания холодного наружного воздуха, который может заморозить воду в трубках воздухонагревателей и вывести их из строя.

      Воздуховоды приточных систем изготовляют из тонколистовой стали круглого или прямоугольного сечения. Металлические воздуховоды быстро монтируются, достаточно прочны и обладают хорошей герметичностью.

      Воздухораспределители (приточные насадки) предназначены для раздачи приточного воздуха. Приточный воздух может подаваться в рабочую зону, для этого воздухораспределители должны иметь короткий факел и незначительную скорость выходящего воздуха, чтобы исключить ощущение дутья. При подаче воздуха в верхнюю, зону цеха, наоборот, скорость выхода воздуха должна быть выше, чтобы струя свежего воздуха достигала рабочей зоны. Воздухораспределители некоторых типов устанавливают в подвесных потолках, некоторые монтируют на небольшой высоте над рабочей зоной.

      Воздушным душем называется поток воздуха, направленного на ограниченное рабочее место или непосредственно на рабочего. Воздушное душирование применяют для создания на постоянных рабочих местах требуемых метеорологических условий при облучении лучистым тепловым потоком; при открытых технологических процессах,сопровождающихся выделением вредных веществ и невозможности устройства укрытия или местного отсоса, а также в плавильных, литейных и других горячих цехах допускается душирование рабочих мест внутренним воздухом аэрируемых пролетов этих цехов.

      Воздушные завесы устраивают в отапливаемых зданиях для обеспечения требуемых температур воздуха в рабочей или обсуживаемой зоне и на постоянных рабочих местах, расположенных вблизи ворот, дверей и вблизи технологических проемов. Воздушные завесы бывают:

  • по наличию обогрева: без обогрева, с электрическим и водяным обогревом (воздушно-тепловые завесы);
  • по расположению: вертикальные и горизонтальные;
  • шиберного типа (в результате частичного перекрытия воздушной струей проема существенно сокращают прорыв наружного воздуха через открытый проем);
  • смешанного типа.

      Воздушные оазисы — это небольшой участок производственного помещения, огражденный по периметру перегородкой и затапливаемый охлажденным воздухом. Целесообразно их устраивать в помещениях значительной площадью и высотой, с большими теплоизбытками и небольшим числом рабочих и их сосредоточении на определенных участках.

Вытяжная вентиляция с механическим побуждением

      Вытяжные системы механической вентиляции удаляют запыленный и загрязненный воздух, очищая его перед выбросом в атмосферу.

      Общеобменные вытяжные системы вентиляции обычно удаляют воздух из верхней, реже из средней зоны помещений. Перед удалением воздух в общеобменных системах иногда проходит очистку. Общеобменные вытяжные системы могут быть бесканальным, если воздух удаляется крышными вентиляторами, которые установлены на специальных железобетонных стаканах на перекрытии, и канальными. В канальных системах вытяжной вентиляции воздух всасывается в воздухоприемные отверстия или решетки через воздуховоды подается к вентилятору и, пройдя вытяжную шахту, попадает в атмосферу. Для защити вытяжной шахты от атмосферных осадков над ней устанавливают зонт, а воздуховоды при неработающем вентиляторе перекрывают заслонкой.

      Местные вытяжные системы вентиляции предназначены для забора вредных выделений у мест их образования с помощью укрытий или местных отсосов, транспортировки загрязненного воздуха, его очистки в фильтра или пылеуловителях и выброса в атмосферу. Экономический эффект заключается в сокращении воздухообмена и снижении расходов на обработку воздуха. Санитарно-гигиеническое значение в том, что они не допускают проникновения вредных веществ в зону дыхания человека.

      

      Конструктивно различают следующие виды местных отсосов:

  • открытые (расположенные за пределами источника вредностей – бортовые отсосы, панели, вытяжные зонты);
  • полуоткрытые (укрытия, внутри которых находится источник вредности и которые имеют открытый проем или отверстие – вытяжные шкафы, вентилируемые окрасочные камеры);
  • полностью закрытые (являющиеся составной частью кожуха машины (аппарата)).

Схемы местных отсосов: а-вытяжной шкаф; б-витринное укрытие; в-укрытие-кожух для заточного станка; г-вытяжной зонт; д-зонт-козырек над открытым проемом печи; е-вытяжная воронка при сварке крупногабаритных изделий; ж-нижний отсос; з-боковой отсос; и-наклонная вытяжная панель; к-двухбортовой отсос от гальванической ванны; л-однобортовой отсос с передувкой; м-кольцевой отсос для ручного сварочного пистолета.

      Многие вредности, выделяющиеся при технологических процессах, агрессивно воздействуют на окружающие предметы (местные отсосы, воздуховода вентиляторы, фильтры), вызывая сильную коррозию, могут быть взрыво- и пожароопасны. В этих случая воздуховоды изготовляют из материалов, не подверженных интенсивной коррозии в агрессивной среде (нержавеющей стали, алюминия, титана, металлопласта, винипласта, полиэтилена и др.), либо применяют специальные покрытия стальных воздуховодов кислото- и щелочестойкими перхлорвиниловыми грунтами, эмалями и лаками. В таких системах устанавливают вентиляторы и другое оборудование в коррозионностойком или искрозащищенном исполнении.

      К местным вытяжным системам вентиляции относятся системы аспирации и пневматического транспорта. Аспирационные системы удаляют воздух вместе с взвешенными в нем частицами пыли от аспирируемых укрытий мест пылеобразования порошкообразных и зернистых материалов (дробилок, грохотов, перегрузочных конвейерных узлов, элеваторных подъемников, бункеров и т. д.). В аспирируемых укрытиях поддерживается разрежение, чтобы частицы пыли не проникали в помещение через неплотности.